Switched-mode napajanja (UPS) su vrlo česta. Računar koji sada koristite ima višenaponski UPS (+12, -12, +5, -5 i +3,3V najmanje). Gotovo svi takvi blokovi imaju poseban čip PWM kontrolera, obično tipa TL494CN. Njegov analog je domaće mikrokolo M1114EU4 (KR1114EU4).
Proizvođači
Mikrokolo koje se razmatra spada u listu najčešćih i najčešće korišćenih integrisanih elektronskih kola. Njegov prethodnik je bila Unitrode UC38xx serija PWM kontrolera. 1999. godine ovu kompaniju je kupio Texas Instruments i od tada je počeo razvoj linije ovih kontrolera, što je dovelo do stvaranja početkom 2000-ih. Čipovi serije TL494. Pored UPS-a koji su već pomenuti gore, oni se mogu naći u DC regulatorima napona, u kontrolisanim pogonima, u soft starterima, jednom rečju, gde god se koristi PWM kontrola.
Među firmama koje su klonirale ovaj čip, postoje svjetski poznati brendovi kao što su Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Svi oni daju detaljan opis svojih proizvoda, takozvani TL494CN datasheet.
Dokumentacija
Analiza opisa razmatranog tipa mikrokola različitih proizvođača pokazuje praktičan identitet njegovih karakteristika. Količina informacija koju daju različite firme je skoro ista. Štaviše, TL494CN datasheet brendova kao što su Motorola, Inc i ON Semiconductor ponavljaju jedni druge u svojoj strukturi, slikama, tabelama i grafikonima. Prezentacija materijala od strane Texas Instruments je donekle drugačija od njih, međutim, pažljivim proučavanjem postaje jasno da se misli na identičan proizvod.
Dodjela TL494CN čipa
Počnimo tradicionalno s opisom namjene i liste internih uređaja. To je PWM kontroler fiksne frekvencije prvenstveno dizajniran za UPS aplikacije, koji sadrži sljedeće uređaje:
- generator naponskog napona (SPG);
- pojačala za greške;
- izvor referentnog (referentnog) napona +5 V;
- krug za podešavanje mrtvog vremena;
- izlazni tranzistorski prekidači za struju do 500 mA;
- šema za odabir jednotaktnog ili dvotaktnog rada.
Ograničenja
Kao i svako drugo mikrokolo, opis TL494CN mora sadržavati listu maksimalno dozvoljenih karakteristika performansi. Hajde da ih damo na osnovu podataka kompanije Motorola, Inc:
- Napajanje: 42 V.
- Napon kolektoraizlazni tranzistor: 42 V.
- Struja kolektora izlaznog tranzistora: 500 mA.
- Raspon ulaznog napona pojačala: -0.3V do +42V.
- Disipacija snage (na t< 45°C): 1000mW.
- Raspon temperature skladištenja: -55 do +125°C.
- Raspon radne temperature okoline: od 0 do +70 °S.
Treba napomenuti da je parametar 7 za TL494IN čip nešto širi: od -25 do +85 °S.
TL494CN dizajn čipa
Opis zaključaka ovog slučaja na ruskom jeziku prikazan je na slici ispod.
Mikrokolo je smješteno u plastično (ovo je označeno slovom N na kraju njegove oznake) 16-pinsko kućište sa pdp izvodima.
Njegov izgled je prikazan na slici ispod.
TL494CN: funkcionalni dijagram
Dakle, zadatak ovog mikrokola je pulsno-širinska modulacija (PWM, ili engleski Pulse Width Modulated (PWM)) naponskih impulsa koji se generiraju unutar reguliranih i nereguliranih UPS-ova. U izvorima napajanja prvog tipa, raspon trajanja impulsa, po pravilu, dostiže maksimalnu moguću vrijednost (~ 48% za svaki izlaz u push-pull krugovima, koji se široko koriste za napajanje audio pojačala automobila).
Čip TL494CN ima ukupno 6 izlaznih pinova, od kojih su 4 (1, 2, 15, 16) ulazi internih pojačivača grešaka koji se koriste za zaštitu UPS-a od strujnih i potencijalnih preopterećenja. Pin 4 je ulazsignal od 0 do 3 V za podešavanje radnog ciklusa izlaznih pravokutnih impulsa, a3 je izlaz komparatora i može se koristiti na više načina. Još 4 (brojevi 8, 9, 10, 11) su slobodni kolektori i emiteri tranzistora s maksimalnom dozvoljenom strujom opterećenja od 250 mA (u kontinuiranom načinu rada, ne više od 200 mA). Mogu se povezati u parovima (9 do 10 i 8 do 11) za pogon MOSFET-a velike snage sa ograničenjem struje od 500mA (maks. 400mA kontinuirano).
Šta je unutrašnjost TL494CN? Njegov dijagram je prikazan na slici ispod.
Mikrokolo ima ugrađen izvor referentnog napona (ION) +5 V (br. 14). Obično se koristi kao referentni napon (sa preciznošću od ± 1%) koji se primjenjuje na ulaze kola koja ne troše više od 10 mA, na primjer, na pin 13 po izboru jednotaktnog ili dvotaktnog rada mikrokolo: ako je na njemu +5 V, bira se drugi režim, ako je na njemu minus napona napajanja - prvi.
Za podešavanje frekvencije generatora napona pilastih zubaca (GPN), koriste se kondenzator i otpornik, spojeni na pinove 5 i 6, respektivno. I, naravno, mikrokolo ima terminale za povezivanje plus i minus izvora napajanja (brojevi 12 i 7, respektivno) u rasponu od 7 do 42 V.
Diagram pokazuje da postoji niz internih uređaja u TL494CN. Opis njihove funkcionalne svrhe na ruskom jeziku biće dat u nastavku tokom prezentacije materijala.
Funkcije ulaznog terminala
Kao bilo kojidrugi elektronski uređaj. Mikrokolo u pitanju ima svoje ulaze i izlaze. Počećemo sa prvim. Lista ovih TL494CN pinova je već data gore. Opis njihove funkcionalne svrhe na ruskom jeziku bit će dat u nastavku sa detaljnim objašnjenjima.
Izlaz 1
Ovo je pozitivan (neinvertujući) ulaz pojačivača greške 1. Ako je napon na njemu niži od napona na pinu 2, izlaz pojačala greške 1 će biti nizak. Ako je veći nego na pinu 2, signal pojačavača greške 1 će postati visok. Izlaz pojačala u suštini replicira pozitivni ulaz koristeći pin 2 kao referencu. Funkcije pojačivača greške će biti detaljnije opisane u nastavku.
Zaključak 2
Ovo je negativni (invertujući) ulaz pojačivača greške 1. Ako je ovaj pin viši od pina 1, izlaz pojačala greške 1 će biti nizak. Ako je napon na ovom pinu niži od napona na pinu 1, izlaz pojačala će biti visok.
Zaključak 15
Radi potpuno isto kao i 2. Često se drugo pojačalo greške ne koristi u TL494CN. Njegovo sklopno kolo u ovom slučaju sadrži pin 15 jednostavno spojen na 14. (referentni napon +5 V).
Zaključak 16
Radi isto kao i 1. Obično se povezuje na zajednički 7 kada se ne koristi drugo pojačalo greške. Sa pin 15 spojenim na +5V i 16 spojenim na zajednički, izlaz drugog pojačala je nizak i stoga nema utjecaja na rad čipa.
Zaključak 3
Ovaj pin i svako interno pojačalo TL494CNmeđusobno povezani preko dioda. Ako se signal na izlazu bilo kojeg od njih promijeni iz niskog u visoki, onda na broju 3 on također postaje visok. Kada signal na ovom pinu pređe 3,3V, izlazni impulsi se isključuju (nulti radni ciklus). Kada je napon na njemu blizu 0 V, trajanje impulsa je maksimalno. Između 0 i 3.3V, širina impulsa je 50% do 0% (za svaki od izlaza PWM kontrolera - na pinovima 9 i 10 na većini uređaja).
Ako je potrebno, pin 3 se može koristiti kao ulazni signal ili se može koristiti za obezbjeđivanje prigušenja za brzinu promjene širine impulsa. Ako je napon na njemu visok (> ~ 3.5V), ne postoji način da se pokrene UPS na PWM kontroleru (neće biti impulsa iz njega).
Zaključak 4
Kontroliše radni ciklus izlaznih impulsa (eng. Dead-Time Control). Ako je napon na njemu blizu 0 V, mikrokolo će moći da emituje i minimalnu moguću i maksimalnu širinu impulsa (koju postavljaju drugi ulazni signali). Ako je napon od oko 1,5 V primijenjen na ovaj pin, širina izlaznog impulsa će biti ograničena na 50% njegove maksimalne širine (ili ~25% radnog ciklusa za push-pull PWM kontroler). Ako je napon na njemu visok (> ~ 3,5V), ne postoji način da se pokrene UPS na TL494CN. Njegovo sklopno kolo često sadrži br. 4, spojen direktno na masu.
Važno zapamtiti! Signal na pinovima 3 i 4 bi trebao biti ispod ~3,3 V. Šta ako je blizu, recimo, +5 V? Kakoonda će se TL494CN ponašati? Kolo pretvarača napona na njemu neće generirati impulse, tj. neće biti izlaznog napona iz UPS-a
Zaključak 5
Služi za spajanje vremenskog kondenzatora Ct, a njegov drugi kontakt je spojen na masu. Vrijednosti kapacitivnosti su obično 0,01 µF do 0,1 µF. Promjene vrijednosti ove komponente dovode do promjene frekvencije GPN-a i izlaznih impulsa PWM kontrolera. U pravilu se ovdje koriste visokokvalitetni kondenzatori sa vrlo niskim temperaturnim koeficijentom (sa vrlo malom promjenom kapacitivnosti s promjenom temperature).
Zaključak 6
Za povezivanje otpornika za podešavanje vremena Rt, a njegov drugi kontakt je spojen na masu. Vrijednosti Rt i Ct određuju frekvenciju FPG-a.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Zaključak 7
Povezuje se na zajedničku žicu kola uređaja na PWM kontroleru.
Zaključak 12
Obeleženo je slovima VCC. Na njega je spojen "plus" napajanja TL494CN. Njegov sklopni krug obično sadrži br. 12 spojen na prekidač napajanja. Mnogi UPS-ovi koriste ovaj pin za uključivanje i isključivanje napajanja (i samog UPS-a). Ako ima +12 V i broj 7 je uzemljen, FPV i ION čipovi će raditi.
Zaključak 13
Ovo je unos načina rada. Njegov rad je gore opisan.
Funkcije izlaznih terminala
Iznad su bili navedeni za TL494CN. Opis njihove funkcionalne svrhe na ruskom jeziku bit će dat u nastavku sa detaljnim objašnjenjima.
Zaključak 8
O ovomeČip ima 2 npn tranzistora koji su njegovi izlazni ključevi. Ovaj pin je kolektor tranzistora 1, obično spojen na izvor jednosmjernog napona (12 V). Međutim, u kolima nekih uređaja se koristi kao izlaz, a na njemu se vidi meandar (kao i na br. 11).
Zaključak 9
Ovo je emiter tranzistora 1. On pokreće UPS tranzistor velike snage (efekt polja u većini slučajeva) u push-pull kolu, bilo direktno ili preko međutranzistora.
Izlaz 10
Ovo je emiter tranzistora 2. U single-cycle modu, signal na njemu je isti kao na 9, na drugom je nizak, i obrnuto. U većini uređaja, signali iz emitera izlaznih tranzistorskih prekidača dotičnog mikrokola pokreću moćne tranzistore sa efektom polja, koji se dovode u ON stanje kada je napon na pinovima 9 i 10 visok (iznad ~3,5 V, ali ne odnosi se na nivo od 3,3 V na br. 3 i 4).
Zaključak 11
Ovo je kolektor tranzistora 2, obično spojen na izvor istosmjernog napona (+12V).
Napomena: U uređajima na TL494CN, sklopno kolo može sadržavati i kolektore i emitere tranzistora 1 i 2 kao izlaze PWM kontrolera, iako je druga opcija češća. Postoje, međutim, opcije kada su tačno pinovi 8 i 11 izlazi. Ako pronađete mali transformator u krugu između IC-a i FET-a, izlazni signal je najvjerovatnije uzet iz njih.(od kolekcionara)
Zaključak 14
Ovo je ION izlaz, također gore opisan.
Princip rada
Kako radi TL494CN čip? Daćemo opis redosleda njegovog rada na osnovu materijala kompanije Motorola, Inc. Izlaz modulacije širine impulsa se postiže poređenjem pozitivnog pilastog signala iz kondenzatora Ct sa bilo kojim od dva kontrolna signala. Izlazni tranzistori Q1 i Q2 NISU otvoreni da bi ih otvorili samo kada ulaz takta okidača (C1) (pogledajte TL494CN funkcionalni dijagram) padne na nisko.
Dakle, ako je na ulazu C1 okidača nivo logičke jedinice, tada su izlazni tranzistori zatvoreni u oba načina rada: jednociklični i push-pull. Ako je signal takta prisutan na ovom ulazu, tada u push-pull modu, tranzistor se otvara jedan po jedan po dolasku prekida impulsa takta na okidač. U režimu jednog ciklusa, okidač se ne koristi, a oba izlazna ključa se otvaraju sinhrono.
Ovo otvoreno stanje (u oba moda) je moguće samo u onom dijelu FPV perioda kada je napon pilasti veći od kontrolnih signala. Dakle, povećanje ili smanjenje veličine kontrolnog signala uzrokuje linearno povećanje ili smanjenje širine naponskih impulsa na izlazima mikrokola, respektivno.
Napon sa pina 4 (kontrola mrtvog vremena), ulaz za pojačalo greške ili ulaz povratnog signala sa pina 3 mogu se koristiti kao kontrolni signali.
Prvi koraci u radu sa mikrokolo
Pre nego što uraditebilo koji koristan uređaj, preporučuje se da naučite kako TL494CN radi. Kako provjeriti da li radi?
Uzmite svoju matičnu ploču, stavite IC na nju i povežite žice prema dijagramu ispod.
Ako je sve ispravno spojeno, krug će raditi. Ostavite igle 3 i 4 neslobodne. Upotrijebite svoj osciloskop da provjerite rad FPV-a - na pinu 6 trebali biste vidjeti napon pile. Izlazi će biti nula. Kako odrediti njihove performanse u TL494CN. Provjera se može uraditi ovako:
- Povežite izlaz povratne informacije (3) i izlaz kontrole mrtvog vremena (4) na masu (7).
- Sada biste trebali detektovati kvadratni val na izlazima IC-a.
Kako pojačati izlazni signal?
Izlaz TL494CN je prilično niska struja, a vi svakako želite više snage. Stoga moramo dodati neke moćne tranzistore. Najlakši za korištenje (i vrlo lako nabaviti - sa stare matične ploče računala) su n-kanalni MOSFET-ovi za napajanje. Istovremeno, moramo invertirati izlaz TL494CN, jer ako na njega povežemo n-kanalni MOSFET, tada će u nedostatku impulsa na izlazu mikrokola biti otvoren za DC protok. U ovom slučaju MOSFET može jednostavno izgorjeti… Tako da izvadimo univerzalni npn tranzistor i povežemo ga prema dijagramu ispod.
Moćan MOSFET u ovomekolo je pasivno kontrolirano. Ovo nije baš dobro, ali za potrebe testiranja i male snage sasvim je prikladno. R1 u kolu je opterećenje npn tranzistora. Odaberite ga prema maksimalnoj dozvoljenoj struji njegovog kolektora. R2 predstavlja opterećenje našeg stepena snage. U sljedećim eksperimentima, bit će zamijenjen transformatorom.
Ako sada osciloskopom pogledamo signal na pinu 6 mikrokola, vidjet ćemo “testeru”. Na 8 (K1) i dalje možete vidjeti kvadratne impulse, a na drenažu MOSFET impulsa istog oblika, ali većeg.
Kako podići izlazni napon?
Sada podignimo napon sa TL494CN. Dijagram uključivanja i ožičenja je isti - na matičnoj ploči. Naravno, ne možete dobiti dovoljno visok napon na njemu, pogotovo jer nema hladnjaka na energetskim MOSFET-ovima. Međutim, spojite mali transformator na izlazni stepen prema ovom dijagramu.
Primarni namotaj transformatora sadrži 10 zavoja. Sekundarni namotaj sadrži oko 100 zavoja. Dakle, omjer transformacije je 10. Ako primijenite 10V na primarnu, trebali biste dobiti oko 100V na izlazu. Jezgro je napravljeno od ferita. Možete koristiti jezgro srednje veličine iz transformatora napajanja računara.
Budite oprezni, izlaz transformatora je visokog napona. Struja je veoma mala i neće vas ubiti. Ali možete dobiti dobar pogodak. Još jedna opasnost je ako instalirate velikukondenzator na izlazu, akumuliraće veliki naboj. Stoga, nakon isključivanja strujnog kruga, treba ga isprazniti.
Na izlazu kola možete uključiti bilo koji indikator poput sijalice, kao na slici ispod.
Radi na istosmjernom naponu i potrebno mu je oko 160V da upali. (Napajanje cijelog uređaja je oko 15 V - red veličine niže.)
Izlazni krug transformatora se široko koristi u bilo kojem UPS-u, uključujući i napajanje za PC. Kod ovih uređaja, prvi transformator, povezan preko tranzistorskih prekidača na izlaze PWM kontrolera, služi za galvanski izolaciju niskonaponskog dijela kola, koji uključuje TL494CN, od njegovog visokonaponskog dijela koji sadrži mrežni napon. transformator.
regulator napona
Po pravilu, kod malih elektronskih uređaja domaće izrade, napajanje se obezbeđuje tipičnim PC UPS-om, napravljenim na TL494CN. Krug napajanja računara je dobro poznat, a sami blokovi su lako dostupni, jer se milioni starih računara godišnje odlažu ili prodaju za rezervne delove. Ali po pravilu, ovi UPS-ovi ne proizvode napone veće od 12 V. Ovo je premalo za frekventni pretvarač. Naravno, moglo bi se pokušati koristiti PC UPS od 25V prenapona, ali to bi bilo teško pronaći i previše snage bi se raspršilo na 5V u logičkim kapijama.
Međutim, na TL494 (ili analognim) možete izgraditi bilo koje strujno kolo sa pristupom povećanoj snazi i naponu. Koristeći tipične dijelove iz PC UPS-a i MOS-a velike snagetranzistori sa matične ploče, možete napraviti PWM regulator napona na TL494CN. Krug pretvarača je prikazan na slici ispod.
Na njemu možete vidjeti sklopno kolo mikrokola i izlazni stepen na dva tranzistora: univerzalni npn- i moćni MOS.
Glavni dijelovi: T1, Q1, L1, D1. Bipolarni T1 se koristi za pogon snažnog MOSFET-a povezanog na pojednostavljen način, tzv. "pasivno". L1 je induktor od starog HP štampača (oko 50 okreta, 1 cm visok, 0,5 cm širok sa namotajima, otvorena prigušnica). D1 je Schottky dioda iz drugog uređaja. TL494 je ožičen na alternativni način gore navedenom, iako se može koristiti bilo koji.
C8 je mali kapacitet za sprečavanje efekta buke koji ulazi u ulaz pojačivača greške, vrijednost od 0.01uF će biti manje-više normalna. Veće vrijednosti će usporiti podešavanje željenog napona.
C6 je još manji kondenzator, koristi se za filtriranje visokofrekventne buke. Kapacitet mu je do nekoliko stotina pikofarada.
